基于雾霾感应的照明装置的制作方法

本实用新型主要设计公共照明技术领域，尤其涉及一种基于雾霾感应的照明装置。

背景技术：

随着工业经济的飞速发展，环境污染问题也逐渐成为我国乃至世界面临的重大问题之一。自2013年初以来，中国发生大范围持续雾霾天气。据统计，受影响雾霾区域包括华北平原、黄淮、江淮、江汉、江南、华南北部等地区，受影响面积约占国土面积的1/4，据2016年冬季雾霾天气统计时间来看，最严重的雾霾天气可以持续5天时间之久，能见度不足200米，严重的影响了人民生活质量及出行问题。近年来，我国反复出现大范围的雾霾天气，人们对雾霾的关注度越来越高，从媒体到普通民众都在讨论着大气的状况。

雾霾天气下，整个城市被笼罩在烟雾中，能见度较低，无法分辨前方道路状况，容易造成交通事故，严重影响人们的出行问题。由于雾霾天气下的环境亮度并以一定很低，因此现有的基于光照亮度的感应路灯不能及时开启，需要人工控制，不利于道路安全。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提供了基于雾霾感应的照明装置，可以根据测量PM2.5的浓度，实现对于照明装置的开启，有力的保障了道路安全。

本实用新型采用以下技术方案：

基于雾霾感应的照明装置，包括PM2.5传感器、控制模块、供电模块和负载模块，所述的PM2.5传感器连接控制模块主控芯片的TXD和RXD引脚，实现数据通信；所述的负载模块包括驱动电路和照明灯组，所述的驱动电路的控制端与控制模块的主控芯片连接，所述驱动电路的输出端与照明灯组连接；所述的供电模块将220V交流电转换为12V直流电压和5V直流电压，为整个照明装置供电。

进一步的，所述的PM2.5传感器采用激光粉尘传感器。

进一步的，所述控制模块的主控芯片采用单片机ATmega88PA。

进一步的，所述的驱动电路包括运放U4，运放U4的第一引脚分别接电阻R30一端、电阻R31一端、电阻R24一端，电阻R30另一端分别接电阻R10一端、运放U4第二引脚，电阻R10另一端接地，电阻R31另一端通过电容C15接地；运放U4第三引脚通过电阻R29分别接电容C16一端、电阻R28一端，电容C16另一端接地，电阻R28另一端分别接电阻R20一端、MOS管Q100集电极，电阻R20另一端接地，MOS管Q100集电极接照明灯组负极，MOS管Q100基极分别接电容C9一端、三极管Q4集电极、三极管Q5集电极、电容C9另一端接地，三极管Q4发射极通过电阻R19接地，三极管Q4基极通过电阻R18接主控芯片PB1引脚，三极管Q5发射极分别接12V直流电压和照明灯组正极，三极管Q5基极通过电阻R12接12V直流电压，并连接三极管Q3集电极，三极管Q3基极接5V直流电压，三级管Q3发射极通过的电阻R11接主控芯片PB1引脚；运放U4第四引脚接地；运放U4第五引脚分别接电阻R23一端、电阻R24另一端、电容C13一端、电阻R33一端、三级管Q6集电极，电阻R23另一端、电容C13另一端均接地，电阻R33另一端接二极管D9负极，三级管Q6发射极接地，三级管Q6基极通过电阻R13接主控芯片PB0引脚，二极管D9正极分别接运放U6第七引脚、电阻R26一端、电阻R21一端，电阻R26另一端接二极管D8正极，二极管D8负极接三极管Q4基极，电阻R21另一端接三极管Q7基极，三极管Q7发射极接地，三极管Q7集电极连接主控芯片PD2引脚，并通过电阻R22接VCC；运放U4第六引脚分别接电阻R25一端、电阻R32一端，电阻R25另一端接地，电阻R32另一端分别接运放U4第八引脚、VCC、电容C14一端，电容C14另一端接地。

进一步的，所述的供电模块包括整流桥，整流桥一个输入端通过熔断器接220V交流电的火线，整流桥的另一个输入端通过电阻R1接220V交流电的零线，整流桥的两个输入端之间串接一个电容C1，整流桥的一个输出端分别接极性电容E00正极、电阻R2一端、电容C2一端、电阻R3一端、变压器T1第一输入端，极性电容E00负极接地，电容C2另一端、电阻R3另一端均接二极管D2负极，电阻R2另一端分别接三极管Q1基极、电阻R5一端、三极管Q2集电极，三极管Q1集电极分别接二极管D2正极、变压器T1第二输入端，电阻R5另一端通过电容C3分别接变压器T1第三输入端、二极管D4正极，二极管D4负极分别接光耦U6第四引脚、电容C4一端，电容C4另一端接地；三极管Q2发射极接地，三极管Q2基极分别接电阻R40一端、电容C40一端、电阻R6一端，电阻R40另一端和电容C40另一端均接三极管Q1发射极，三极管Q1发射极通过电阻R4接地；电阻R6另一端接光耦U6第三引脚，光耦U6第一引脚接电阻R7一端，电阻R7另一端分别接电阻R8一端和5V直流电压输出端，电阻R8另一端分别接电阻R9一端、稳压源Q0参考极，电阻R9另一端接地，稳压源Q0阳极接地，稳压源Q0阴极接光耦U6第二引脚；变压器T1第四输入端接地，变压器T1第一输出端接二极管D5正极，二极管D5负极为12V直流电压输出端，且二极管D5负极接极性电容E10正极，极性电容E10负极、变压器T1第二输出端均接地，变压器T1第三输出端接二极管D6正极，二极管D6负极为5V直流电压输出端，且二极管D6负极接极性电容E11正极，极性电容E11负极、变压器T1第四输出端均接地。

进一步的，所述的照明灯组为多个LED灯串联或并联而成的LED灯组。

本实用新型的有益效果是：

1、通过测量空气中PM2.5的浓度，实现照明灯组的亮灭控制，在有雾霾时可以及时的自动开启路灯，提高道路的能见度，保证通行质量。

2、选用激光粉尘传感器定时进行检测，根据传感器传送回来的数据，路灯控制器智能识别有无雾霾天气的存在，根据雾霾天气的情况控制打开路灯，实现智能照明。

附图说明

图1是本实用新型实施例的原理框图；

图2是本实用新型实施例中控制模块的电路原理图；

图3是本实用新型实施例中负载模块的电路原理图；

图4是本实用新型实施例中供电模块的电路原理图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员能够更好地理解、实现本实用新型，下面通过具体实施例对本实用新型进行详细说明。

如图1所示的基于雾霾感应的照明装置，包括PM2.5传感器、控制模块、供电模块和负载模块，所述的PM2.5传感器连接控制模块主控芯片的TXD和RXD引脚，实现数据通信；所述的负载模块包括驱动电路和照明灯组，所述的驱动电路的控制端与控制模块的主控芯片连接，所述驱动电路的输出端与照明灯组连接；所述的供电模块将220V交流电转换为12V直流电压和5V直流电压，为整个照明装置供电。

所述的PM2.5传感器采用激光粉尘传感器。激光粉尘传感器是一款基于激光散射原理的数字式通用颗粒物浓度传感器，可连续采集并计算单位体积内空气中不同粒径的悬浮颗粒物个数，即颗粒物浓度分布，进而换算成为质量浓度，并以通用数字接口形式输出，采用串口通讯方式传输出去。

如图2所示，所述控制模块的主控芯片采用单片机ATmega88PA，并配合相应的晶振电路、时钟电路、复位电路等外围电路，功耗低，抗干扰能力强，还能输出不同频率的PWM波，方便、稳定，性价比高。

采用5V供电，U1-29脚采用电阻R15到VCC组成复位电路RESET，低电平复位，所以用上拉电阻拉高，7、8脚与晶振Y1和两电容C5、C6组成振荡电路，为系统工作提供外部时钟，以上组成控制部分的最小系统。

选用的PW2.5激光粉尘传感器与单片机的串口通讯管脚30、31相连接，传感器由VCC直接供电，PM2.5传感器的3脚(串口发送)与单片机的TXD脚相连，实现信息交互，单片机通过接收到传感器的数据根据内部程序分解数据，分析是否处于雾霾天气，是否需要控制路灯亮起；PM2.5传感器的4脚(串口接收)与单片机的RXD脚相连，单片机可以随时发送需要读取传感器内部测量数据的命令。

如图3所示，所述的驱动电路包括运放U4，运放U4的第一引脚分别接电阻R30一端、电阻R31一端、电阻R24一端，电阻R30另一端分别接电阻R10一端、运放U4第二引脚，电阻R10另一端接地，电阻R31另一端通过电容C15接地；运放U4第三引脚通过电阻R29分别接电容C16一端、电阻R28一端，电容C16另一端接地，电阻R28另一端分别接电阻R20一端、MOS管Q100集电极，电阻R20另一端接地，MOS管Q100集电极接照明灯组负极，MOS管Q100基极分别接电容C9一端、三极管Q4集电极、三极管Q5集电极、电容C9另一端接地，三极管Q4发射极通过电阻R19接地，三极管Q4基极通过电阻R18接主控芯片PB1引脚，三极管Q5发射极分别接12V直流电压和照明灯组正极，三极管Q5基极通过电阻R12接12V直流电压，并连接三极管Q3集电极，三极管Q3基极接5V直流电压，三级管Q3发射极通过的电阻R11接主控芯片PB1引脚；运放U4第四引脚接地；运放U4第五引脚分别接电阻R23一端、电阻R24另一端、电容C13一端、电阻R33一端、三级管Q6集电极，电阻R23另一端、电容C13另一端均接地，电阻R33另一端接二极管D9负极，三级管Q6发射极接地，三级管Q6基极通过电阻R13接主控芯片PB0引脚，二极管D9正极分别接运放U6第七引脚、电阻R26一端、电阻R21一端，电阻R26另一端接二极管D8正极，二极管D8负极接三极管Q4基极，电阻R21另一端接三极管Q7基极，三极管Q7发射极接地，三极管Q7集电极连接主控芯片PD2引脚，并通过电阻R22接VCC；运放U4第六引脚分别接电阻R25一端、电阻R32一端，电阻R25另一端接地，电阻R32另一端分别接运放U4第八引脚、VCC、电容C14一端，电容C14另一端接地。

驱动电路的工作原理为：

负载驱动电路，12V输出给负载供电，负载的下桥由MOS管Q100控制通断，Q100受控于三极管Q3和三极管Q4。

从控制模块来说：单片机通过拉低管脚U1-13，使Q3导通，将Q5的基极拉到GND，由于Q5选用N型三极管，Q5的基极接地后使得Q5打开，使12V接到Q100的门极，使得Q100打开，经过R20到GND，完成负载的工作过程(其中的R20选用毫欧级电阻，为电流取样电阻)，反之，当管脚U1-13输出高电平时，三极管Q3截止，相应的也使得三极管Q5关闭，而三极管Q4打开，使得MOS管Q100的门极电压经过Q4、R19到GND,关闭MOS管Q100，切断负载，使得路灯关闭。单片机的管脚U1-13可以输出不同频率的PWM，通过调节其PWM的频率即可实现灯光亮度的调节。

从驱动电路来说：R20的上端电压被LM258的3脚取走，经过LM258的2、3脚运算放大，根据同相运算比例放大电路的设计比例计算放大倍数：Au＝R30/R10+1≈12，通过R20端的电压采样的电流，经过LM258放大器放大12倍，通过1脚输出，经过同等阻值电阻R24、R23分压输出给比较器的正向输入脚5脚，和6脚给定的基准电压比较，比较器的负向输入端采用VCC(5V)经过电阻R32、R25分压到地，6脚选择R25的分压值(约等于0.298V)和5脚的电压值比较，当5脚的电压值大于6脚时，即负载的电流过大，LM258的7脚输出高电平，经过R26、D8到Q4，使得三极管Q4打开，关闭MOS管Q100，切断电压，关闭路灯，实现硬件关闭电压，保持恒流输出。当然当LM258的7脚输出高电平时，电压经过R21到达Q7，使得Q7导通，单片机的管脚U1-32脚拉低(管脚U1-32平时处于高电平，被电阻R22到VCC拉高)，单片机得到管脚U1-32被拉低时相应中断，然后执行内部中断函数，切断电压，保护灯具。

如图4所示，所述的供电模块包括整流桥，整流桥一个输入端通过熔断器接220V交流电的火线，整流桥的另一个输入端通过电阻R1接220V交流电的零线，整流桥的两个输入端之间串接一个电容C1，整流桥的一个输出端分别接极性电容E00正极、电阻R2一端、电容C2一端、电阻R3一端、变压器T1第一输入端，极性电容E00负极接地，电容C2另一端、电阻R3另一端均接二极管D2负极，电阻R2另一端分别接三极管Q1基极、电阻R5一端、三极管Q2集电极，三极管Q1集电极分别接二极管D2正极、变压器T1第二输入端，电阻R5另一端通过电容C3分别接变压器T1第三输入端、二极管D4正极，二极管D4负极分别接光耦U6第四引脚、电容C4一端，电容C4另一端接地；三极管Q2发射极接地，三极管Q2基极分别接电阻R40一端、电容C40一端、电阻R6一端，电阻R40另一端和电容C40另一端均接三极管Q1发射极，三极管Q1发射极通过电阻R4接地；电阻R6另一端接光耦U6第三引脚，光耦U6第一引脚接电阻R7一端，电阻R7另一端分别接电阻R8一端和5V直流电压输出端，电阻R8另一端分别接电阻R9一端、稳压源Q0参考极，电阻R9另一端接地，稳压源Q0阳极接地，稳压源Q0阴极接光耦U6第二引脚；变压器T1第四输入端接地，变压器T1第一输出端接二极管D5正极，二极管D5负极为12V直流电压输出端，且二极管D5负极接极性电容E10正极，极性电容E10负极、变压器T1第二输出端均接地，变压器T1第三输出端接二极管D6正极，二极管D6负极为5V直流电压输出端，且二极管D6负极接极性电容E11正极，极性电容E11负极、变压器T1第四输出端均接地。

供电原理为：

用220V全桥整流出直流电，D2、C2、R3组成高压泄放电路，Q1截止时电流经过D2、C2瞬间泄放掉，电压控制由线圈感应出电压经过D3、R5控制Q1打开，实现能量持续。

具体过程为：在磁通量未饱和的情况下，Q1打开的时间长，次级线圈5V和12V感应出的电压功率越大，但是在5V输出部分由相同阻值的R8和R9组成分压电路提供给TL431的控制端，使其与内部基准电压2.5V比较，当分压值≥2.5V时Q0上下端导通，使得光耦内发光二极管导通，左侧次级线圈感应出电压经过D4、U6、R6将Q2打开，使Q1的基极拉低，关闭Q1，切断初级线圈的输入，使次级线圈分别稳定在5V和12V，感应出的12V和5V电压分别用做，12V控制MOS管通、断，让负载做功，即开、关路灯。

此外，在实际使用时，路灯光源选择低色温偏黄色的光源，选择色温在3500K左右的光源，低色温光源的穿透力相对较强，能有效增大照明范围，提高能见度范围。

尽管说明书及附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。